ITU-R S 1529 SPANISH-2001 Analytical method for determining the statistics of interference between non-geostationary-satellite orbit fixed-satellite service systems and other non-gserv.pdf

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1、 Rec. UIT-R S.1529 1 RECOMENDACIN UIT-R S.1529 Mtodo analtico para determinar los valores estadsticos de la interferencia entre sistemas del servicio fijo por satlite con satlites no geoestacionarios y otros sistemas del servicio fijo por satlite con satlites no geoestacionarios o redes del servicio

2、 fijo por satlite con satlites geoestacionarios (Cuestin UIT-R 231/4) (2001) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que las emisiones procedentes de las estaciones terrenas as como de las estaciones espaciales de un sistema de satlites del servicio fijo por satlite geoestacion

3、ario (SFS OSG), SFS no OSG y enlaces de conexin del servicio mvil por satlite (SMS) no OSG) pueden provocar interferencia a otro sistema de satlites cuando ambos sistemas funcionan en las mismas bandas de frecuencia; b) que cuando estn implicados sistemas de satlites no OSG, el comportamiento estads

4、tico de la interferencia, especialmente la relativa a sucesos de corta duracin, constituye un factor importante en los estudios de evaluacin de la interferencia; c) que es conveniente contar con herramientas fiables y precisas para determinar el comportamiento estadstico de la interferencia entre si

5、stemas que tienen enlaces con la misma frecuencia cuando el entorno de interferencia incluye sistemas de satlites no OSG; d) que los mtodos de simulacin por ordenador (vase la Recomendacin UIT-R S.1325) pueden exigir un tiempo de clculo excesivamente largo para asegurar que se tienen en cuenta todos

6、 los sucesos de interferencia y, por consiguiente, que se obtienen resultados significativamente estadsticos, recomienda 1 que se considere el mtodo analtico indicado en el Anexo 1 para su utilizacin en el clculo de las distribuciones de probabilidad acumulativa de la interferencia combinada a fin d

7、e evaluar la interferencia entre sistemas con enlaces en la misma frecuencia cuando en el entorno de interferencia aparecen sistemas de satlites no OSG. ANEXO 1 Mtodo analtico para evaluar la interferencia en entornos de interferencia en que intervienen sistemas de satlites no OSG 1 Introduccin La m

8、ayora de los mtodos existentes para evaluar la interferencia cuando intervienen sistemas de satlites no OSG se basan en una simulacin directa por ordenador. Estos mtodos normalmente llevan bastante tiempo y exigen realizar una nueva simulacin de gran duracin cada vez que se introduce una modificacin

9、 en alguno de los sistemas o en los parmetros de un sistema. Adems, 2 Rec. UIT-R S.1529 en situaciones complejas, en las que existe un gran nmero de estaciones terrenas y satlites no OSG, estos mtodos pueden exigir mucho tiempo de clculo para producir resultados estadsticamente significativos. Este

10、Anexo presenta un mtodo analtico, que puede aplicarse mediante tcnicas numricas, destinado a evaluar la sensibilidad frente a la interferencia de los sistemas y de los parmetros de los sistemas sin que ello exija demasiado tiempo de simulacin mediante ordenador. Adems, al contrario de lo que sucede

11、con los resultados generados a travs de la simulacin, los resultados que se logran con el mtodo analtico corresponden a un nmero infinito de das simulados y, por consiguiente, en este sentido no son necesarios periodos de clculo muy largos, como sucede en el caso de mtodos de simulacin por ordenador

12、 a fin de asegurar unos resultados estadsticamente significativos. El mtodo se basa en el conocimiento de la funcin de densidad de probabilidad de la posicin de un solo satlite situado en una rbita con una inclinacin arbitraria. A fin de demostrar la aplicacin del mtodo propuesto a entornos de inter

13、ferencia complejos, se presentan los resultados para algunas situaciones especficas. Las comparaciones de los resultados obtenidos utilizando el mtodo propuesto y los generados por un programa informtico de simulacin ampliamente utilizado y disponible en el mercado han puesto en evidencia que con el

14、 mtodo propuesto pueden lograrse resultados fiables y precisos con un tiempo de clculo inferior. 2 Metodologa Considrese un entorno de interferencia en el que intervienen varios sistemas de satlites no OSG, por ejemplo n. El mtodo considerado en esta Recomendacin para evaluar la interferencia en dic

15、ho entorno tiene en cuenta el hecho de que una vez conocida la posicin de un satlite en particular (denominado satlite de referencia) en cada constelacin, los niveles de interferencia combinada que afectan a los receptores de cualquier sistema interferido en el entorno (considerando que se conocen t

16、odos los parmetros de los sistemas) pueden determinarse de forma unvoca. Adems, se supone que las posiciones de estos satlites de referencia se caracterizan por vectores aleatorios estadsticamente independientes. Basndose en estas hiptesis, los niveles de potencia de la seal deseada e interferente p

17、ueden considerarse variables aleatorias que son funciones determinsticas de las posiciones de los satlites de referencia y, por lo tanto, pueden calcularse sus funciones de densidad de probabilidad una vez conocidas las funciones de densidad de probabilidad que establecen los modelos de las posicion

18、es de cada uno de los n satlites de referencia. Como ejemplo puede considerarse la situacin ilustrada en la Fig. 1 donde se muestran dos sistemas de satlites no OSG, ambos con rbitas circulares y constelaciones de satlites arbitrarias. Los satlites del sistema 1 se mueven sobre la superficie E1 y lo

19、s satlites del sistema 2 se desplazan sobre la superficie E2. Tambin se indican los satlites de referencia para ambos sistemas. En este ejemplo, se considera la interferencia combinada de enlace descendente provocada por los satlites del sistema 1 a una estacin terrena determinada del sistema 2. Dad

20、o que el satlite de referencia Sidel sistema i ( i = 1, 2) est situado a una longitud i, y a una latitud i, las posiciones del resto de satlites de ambas constelaciones pueden determinarse de forma unvoca en funcin de los dos vectores de emplazamiento x1= (1,1)Ty x2= (2,2)T. Por lo tanto, consideran

21、do por ejemplo que la antena de la estacin terrena siempre est orientada hacia el satlite ms prximo de la constelacin de su sistema y que se conoce el resto de los parmetros del sistema, tales como los diagramas de radiacin de la antena del satlite y de la estacin, la p.i.r.e. etc., tanto la interfe

22、rencia combinada de enlace descendente I como el nivel de la seal deseada C en la estacin terrena considerada pueden calcularse para cada par de valores de los vectores ,),(Tiii=x 2,1 donde , , = La Fig. 5a muestra los resultados obtenidos para las estimaciones de distribucin de probabilidad obtenid

23、a con el mtodo propuesto y mediante un programa de simulacin por ordenador correspondiente a 58 das simulados (6101 intervalos de tiempo con una duracin cada intervalo de 5 s). El tiempo de clculo necesario fue de unos 45 min con ambos mtodos, en un ordenador personal de 200 MHz. En las Figs. 5b y 5

24、c aparecen de forma ampliada las regiones de la Fig. 5a correspondientes, respectivamente, a los niveles ms bajos de interferencia (interferencia de lbulo lateral) y a los niveles ms altos de interferencia (cerca de la interferencia en lnea). Puede deducirse de estas Figuras que se obtuvo una simili

25、tud bastante aproximada entre los resultados generados por los dos mtodos en la gama de los niveles ms bajos de interferencia. Considerando los niveles ms elevados de interferencia, que aparecen durante un porcentaje de tiempo ms reducido, puede observarse que varios valores de z aunque muestran una

26、 probabilidad positiva en el mtodo propuesto no aparecen en los resultados de la simulacin. Ello sugiere que puede ser necesario aumentar el nmero de das simulados para cubrir ms adecuadamente todas las posibilidades de emplazamientos de los satlites del sistema. Estas diferencias tambin se reflejan

27、 en la Fig. 6 que muestra las curvas de distribucin acumulativa obtenidas en la gama de los niveles ms altos de interferencia. Obsrvese que hay una diferencia de 1,5 dB para los valores de Z correspondientes a probabilidades de .1014 16 Rec. UIT-R S.1529 1529-05a108106104110280 60 40 20Z (dB)Lnea co

28、ntinua: mtodo analticoLnea de puntos: simulacinProbabilidadFIGURA 5aEstimaciones de la distribucin de probabilidad obtenida conel mtodo propuesto y mediante simulacin por ordenador(58 das simulados, 5 s de intervalo de tiempo)1529-05b80 75 70 60Z (dB)65Lnea continua: mtodo analticoLnea de puntos: si

29、mulacinProbabilidadFIGURA 5bEstimaciones de la distribucin de probabilidad obtenida con el mtodo propuestoy mediante simulacin por ordenador Niveles de interferencia ms bajos(58 das simulados, 5 s de intervalo de tiempo)0,00010,00100,01000,1000Rec. UIT-R S.1529 17 1529-05c108106104110235 30 25 20Z (

30、dB)Lnea continua: mtodo analticoLnea de puntos: simulacinProbabilidadFIGURA 5cEstimaciones de la distribucin de probabilidad obtenida con el mtodo propuestoy mediante simulacin por ordenador - Niveles de interferencia ms altos(58 das simulados, 5 s de intervalo de tiempo)1529-0610710610510410335 30

31、25 20Z (dB)P(z Z)Lnea continua: mtodo analticoLnea de punto: simulacinFIGURA 6Estimacin de la CDF obtenida con el mtodo propuesto y mediantesimulacin por ordenador - Niveles de interferencia ms altos(58 das de simulacin, intervalo de tiempo de 5 s)18 Rec. UIT-R S.1529 Para los resultados de la simul

32、acin mostrados en la Fig. 7, el nmero de das simulados se increment de 58 a 290 y el intervalo de tiempo se redujo de 5 a 2 s, lo que dio lugar a un tiempo total de simulacin por ordenador de aproximadamente 9 h y 22 min en un ordenador personal de 200 MHz. Obsrvese la mejora en la calidad de los re

33、sultados de la simulacin. 1529-07108106104110235 30 25 20Z (dB)Lnea continua: mtodo analticoLnea de puntos: simulacinProbabilidadFIGURA 7Estimacin de la distribucin de probabilidad obtenida con el mtodo propuestoy mediante simulacin por ordenador - Niveles de interferencia ms altos(290 das de simula

34、cin, intervalo de tiempo de 2 s)Conviene sealar que aqu, al contrario de lo que sucede con los resultados generados mediante simulacin, los resultados obtenidos con el mtodo analtico propuesto corresponden a un nmero de das simulados infinito y, por consiguiente, a este respecto no presentan el prob

35、lema de fiabilidad asociado a los mtodos de simulacin por ordenador. Para un entorno de interferencia determinado, el tiempo de clculo requerido por el mtodo propuesto depende del grado de detalle (resolucin) de la cuantificacin de los planos - de los satlites de referencia (similar a la duracin del

36、 intervalo de tiempo en los mtodos de simulacin por ordenador). Una cuantificacin ms precisa intercambia tiempo de clculo para mayor precisin en los resultados numricos. Este hecho se refleja en la Fig. 8 que muestra las diferencias en las estimaciones de la distribucin de probabilidad obtenidas con

37、 el mtodo propuesto cuando el elemento de rejilla utilizado en las regiones de interferencia no en lnea del plano - aumenta del cuadrado de 0,09 0,09 utilizado en el ejemplo anterior a un cuadrado de 0,15 0,15, manteniendo el mismo tamao de los elementos de rejilla en las regiones de interferencia e

38、n lnea. La correspondiente disminucin en el tiempo de clculo fue de 45 min a unos 15 min. Rec. UIT-R S.1529 19 1529-081081061041021010180 60 40 20Z (dB)Lnea continua:regin de interferencia en lnea: rejilla de cuantificacin = 0,01 0,01regin de interferencia no en lnea: rejilla de cuantificacin = 0,09

39、 0,09Lnea de puntos:regin de interferencia en lnea: rejilla de cuantificacin = 0,01 0,01regin de interferencia no en lnea: rejilla de cuantificacin = 0,15 0,15ProbabilidadFIGURA 8Estimaciones de la distribucin de probabilidad obtenidas con el mtodopropuesto para distintas cuantificaciones de rejilla

40、Ejemplo 2 Considrense dos sistemas no OSG, LEO 1 y LEO 2. El sistema de satlites LEO 1 tiene los mismos parmetros orbitales (inclinacin de la rbita, nmero de planos, nmero de satlites por plano, altitud, etc.) que el sistema LEO D. El sistema de satlites LEO 2 tiene los mismos parmetros orbitales qu

41、e el sistema LEO F. Este segundo ejemplo considera la interferencia del enlace ascendente causada por las estaciones terrenas LEO 1 al satlite LEO 2. Esta situacin se ilustra en la Fig. 9 en la que se supone que cada estacin terrena cuenta con cuatro antenas (haces) orientadas a los satlites LEO 1 c

42、orrespondientes a los cuatro ngulos de elevacin ms elevados que satisfacen la limitacin del mnimo ngulo de elevacin (la constelacin cuenta con un total de 48 satlites). Considerando que todas las estaciones terrenas de enlaces de conexin transmiten la misma potencia, la potencia de interferencia de

43、enlace ascendente combinada que llega a un satlite LEO 2 (llamado satlite i) situado en un punto determinado es proporcional a la cantidad: Ge5Ge5=10102,)( )(eaNjNkijijkjeijisidGGz donde: )(, ijisG : ganancia de la antena receptora del satlite i en una direccin ij(grados) fuera del eje del haz princ

44、ipal )(, ijkjeG : ganancia de la antena transmisora de la estacin terrena en una direccin ijk(grados) fuera del eje del haz principal, y dij: distancia entre el satlite i y la estacin terrena j. 20 Rec. UIT-R S.1529 Obsrvese que la variable aleatoria zies funcin del emplazamiento determinado del sat

45、lite interferido LEO 2 considerado y del emplazamiento aleatorio del satlite de referencia LEO 1. En la ecuacin anterior Ney Na representan, respectivamente, el nmero de estaciones terrenas y el nmero de antenas (por estacin terrena) que realizan el seguimiento de un satlite LEO 1 con un ngulo de el

46、evacin superior al valor mnimo prescrito. 1529-09ijijijkEjij0ij0ijkEjFIGURA 9Geometra de la interferencia del enlace ascendenteEstacin terrena dela red LEO 1Estacin terrena deLEO 1Constelacinde satliteLEO 1i-simo satlitede LEO 2El diagrama de radiacin de transmisin de la antena de la estacin terrena

47、 LEO 1 es el mismo que en el Ejemplo 1. El diagrama de radiacin de la antena de recepcin del satlite LEO 2 se consider que tena la misma forma que en el Ejemplo 1 pero con unos valores de Gmx= 12 dBi y 0= 52. Se supuso un mnimo ngulo de elevacin de funcionamiento para las estaciones terrenas LEO 1 d

48、e 5. Con respecto a la estrategia de conmutacin de la estacin terrena, se supuso que cada pasarela LEO 1 contiene cuatro antenas de estacin terrena que realizan el seguimiento de los satlites LEO 1 con ngulos de elevacin superiores al mnimo valor prescrito, 5. Se obtuvieron resultados para un total de 120 estaciones terrenas de LEO 1 (en todo el mundo). El conjunto considerado de emplazamientos de estaciones terrenas se